KR101662762B1

KR101662762B1 - 표적 체적의 움직임을 고려하는 입자 빔의 조사 계획

Info

Publication number: KR101662762B1
Application number: KR1020157018807A
Authority: KR
Inventors: 크리스토프 버트; 알렉산더 겜멜; 더크 뮤직; 로베르트 루체텐보그
Original assignee: 게에스이 헬름홀츠젠트룸 퓌어 슈베리오넨포어슝 게엠베하
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2016-10-05
Also published as: DE102012112348B4; CN104981272B; CN104981272A; JP2015536770A; US10252082B2; KR20150120946A; JP6105081B2; US20150306424A1; WO2014090456A1; DE102012112348A1; EP2931369B1; EP2931369A1

Abstract

방법은 리스캐닝에 의하여 입자 빔 조사 설비로 신체 내에 위치된 움직이는 표적 체적의 조사를 위한 조사 계획에 대해 개시하며, 방법은 움직임의 기준조건(reference condition)에서 표적 체적을 정의하는 단계, 표적 체적을 입자 빔으로 개별적으로 접근될 수 있는 복수의 표적 점들로 나누는 단계, 표적 체적의 표적 점들 각각에 증착될 공칭 선량을 계산하는 단계, 표적 체적의 각각의 표적 점들이 접근되는 다수의 리스캐닝 패스들을 정의하는 단계, 움직임 모델에 기초하여 표적 체적의 표적 점들의 예상되는 평균 움직임을 계산하는 단계, 각 표적 점에 대한 상기 공칭 선량으로부터 상기 예상되는 선량 증착의 편차가 결정되고, 각 표적 점에 대한 상기 공칭 선량이 상기 편차에 기초하여 보정되고, 보정된 공칭 선량이 생성되는 방식으로 조사 계획에서 상기 표적 체적의 상기 표적 점들의 예상되는 상기 평균 움직임을 고려하는 단계를 가지며, 제어 파라미터들은 표적 점에 대한 입자 카운트(particle count) 및 적용될 리스캐닝 패스를 포함한다.

Description

표적 체적의 움직임을 고려하는 입자 빔의 조사 계획{PLANNING THE IRRADIATION OF A PARTICLE BEAM WHILE TAKING INTO CONSIDERATION A MOVEMENT OF A TARGET VOLUME}

본 발명은 조사 계획을 위한 방법 및 디바이스 뿐만 아니라 입자 빔을 가지는 가속기 디바이스에 관한 것이다.

중이온 종양 요법은 최근 수십 년에 걸쳐, 특히 종양 질환과 같은 조직 치료를 위한 확립된 방법이 되었다. 그러나 그것에 의해 얻은 경험은 무생물 물질이 사용되는 연구 활동들 또는 제품 개발 활동들의 범위 내와 같은 순수하게 기술적인 분야에서도 적용된다.

모든 공지된 방법들의 공통적인 특징은 가속기에 의해 제공되는 집속 입자 빔(focused particle beam)이 고 에너지 빔 전송(transfer) 시스템에 의해 하나 또는 다수의 조사실 또는 치료실에 전달된다는 것이다. 조사실에 조사될 표적 체적(target volume)이 배치되고, 상기 입자 빔으로 조사(irradiation)된다.

조사될 표적 체적이 이동할 수 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 환자가 호흡함에 따라 이동하는 폐 종양은 표적 체적에서 위치 확인될 수 있다. 예를 들면, 입자 요법의 치료 성공에 움직임의 효과를 평가하기 위하여, 팬텀(phantom)으로 지칭되는 무생물 물체 모델에 의해 움직임이 시뮬레이션 될 수 있고, 상기 팬텀은 입자 빔으로 조사될 수 있다.

특히 입자 요법의 맥락에서 조직에 증착된 방사선량이 가능한 최대로 균일한 분포를 달성하도록 하는 것이 과제이다. 표적 체적에서 균일한 선량 분포(dose distribution)가 특히 관심 있는 한 가지 이유는 표적 체적에 위치된 종양 세포들이 임계 선량(threshold dose)에서 또는 그 이상에서만 충분한 확실성으로 제거됨과 동시에 종양 세포를 둘러싸는 건강한 조직에는 과도한 조사 부담이 방지되어야 한다는 사실이다. 따라서 복수의 개별 방사선량들이, 이를테면 스캔된 입자 빔으로 다양한 표적 체적의 표적 점들에 연속적으로 증착되는 조사 방법들에서, 조사 중에 표적 체적이 이동하는 경우 표적 체적에서 원하는 균일한 선량 분포를 달성하는 것은 여전히 어렵다. 따라서 표적 체적에서 선량 분포의 균일성을 개선하는 것은 연구 주제로 남아 있다.

예를 들어, 스캔된 입자 빔의 경우에, 하나의 가능성은 투여(administer)될 방사선량을 다중 패스들(several passes)에 분포시키는 것이고, 이를 "리스캐닝(rescanning)"이라 한다. 이 방법에서, 투여될 총 선량은 리스캐닝 패스들 도중에 반복적으로 투여되는 복수의 개별 선량들에 의해 연속적으로 설정되도록 표적 체적의 표적 점들은 여러 번 접근된다. 개별 선량을 가지는 표적 점들에 반복적으로 접근하는 것은 개별 선량들에 대한 통계적 평균화를 통하여 표적 체적에서 전체 선량 분포상 움직임의 효과를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 다시 말해서, 어떤 부정확하게 증착된 선량도 통계적으로 말해서 평균화 될 수 있고, 표적 체적의 움직임은 이러한 방식으로 적어도 부분적으로 보상될 수 있다.

그럼에도 불구하고, 이 맥락에서, 특히 건강한 조직과 같은 표적 체적을 둘러싸고 있는 물질로부터 표적 체적의 엣지(edge)를 예리하게 분리하는 것이 불가능하다는 사실을 받아들여야 한다. 원하는 공칭 선량(nominal dose)이 전체 표적 체적에 가능한 최선의 각도로 투여되는 것을 보장하기 위하여, 안전역(safety margin)이 실제 조사되는 임상 표적 체적이 상당히 증가한 표적 체적 주변에 일반적으로 설정된다. 그러나, 그 결과 표적 체적에서 확실한 선량 커버리지를 보장하기 위하여 건강할 수도 있는 조직에도 조사되어야만 한다.

또한, 리스캐닝 방법에 대안적으로 사용되는 게이팅 방법(gating method)의 체계(framework) 내에서 표적 체적의 움직임을 추적하는 것은 공지되어 있다.

그러므로 본 발명의 목적은 표적 체적에 대한 조사 계획을 단순화하고, 그럼으로써 앞서 언급한 선행 기술의 단점들을 줄이거나 제거하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 조사 결과를 움직임과 같은 표적 체적의 변화에 대해 더 확실하게 하는 것이다.

또한 본 발명이 완전한 치료 또는 선량 적용에 요구되는 시간을 감소시키는 것은 바람직하다.

결국, 건강한 조직 또는 위험 장기(organs at risk)와 같은 표적 체적에 근접한 물질을 제외시키고 건강한 조직에 적은 양을 조사하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 목적은 독립 청구항들의 주제에 의해 달성된다. 본 발명의 장점적 개량사항들은 종속항에 정의된다.

입자 빔으로 추후에 조사하기 위한 조사 계획 프로세스를 단계적으로 생성하는 신체 내에 위치 확인된 표적 체적에 대한 조사 계획은 다음 단계들을 사용하여 본 발명에 따라 정의된다.

우선 일반적으로 신체 내에 위치 확인되는 표적 체적이 정의된다. 표적 체적은 맥락상 예를 들어 물질 샘플, 팬텀 또는 테스트 셋업과 같은 무생물 물체 내에 위치 확인될 수 있고, 또는 예를 들면, 세포 샘플 또는 실험용 동물들과 같은 생명체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 암 세포는 표적 체적에 위치 확인된다. 예를 들면, 표적 체적(target volume), 표적 점(target point), 공칭 선량(nominal dose), 선량 분포(dose distribution) 등 본 명세서에 사용된 기술적 용어는 본 분야에서 관용적으로 사용되며, 용인된 가이드라인을 설명하는 ICRU 리포트 50에 정의된다.

표적 체적은 신체 및/또는 표적 체적의 움직임의 기준조건(reference condition)으로 정의된다. 다시 말해서, 이는 움직이는 표적 체적이며, 기준상(reference phase)이 인식될 수 있거나 표적 체적의 움직임이 정의될 수 있다. 특히 기준상 움직임의 단순한 예시는 주기적인 숨쉬기 움직임인 폐 호흡이다. 예를 들어 배기의 끝 또는 흡기의 시작은 숨쉬기의 기준상으로 정의될 수 있다. 예를 들면, 한 호흡 주기는 표적 체적 움직임의 (앞으로 계획될) 움직임 상들의 총합에 대응한다. 그러나, 또한 적어도 하나의 움직임의 기준상이 정의될 수 있는 다른 움직이는 표적 체적들도 포함되며, 그에 따라 입자 빔 조사가 움직임에 상관될 수 있다.

표적 체적은 개별적으로 접근 가능한 복수의 표적 점들로 세분된다. 입자 빔으로 표적 체적의 표적 점들에 개별적으로 접근하기 위하여, 바람직하게는 입자 빔은 표적 체적을 타격하기 직전인 진공으로부터 나오기 직전에 방향의 작은 변화와 함께 편향된다. 바람직하게는, 지원자(applicant)의 래스터 스캐닝 디바이스로부터의 것들과 같은 편향 자석이 이 목적을 위해 사용될 수 있다.

다시 말해서, 정의된 점 간격들의 표적 점들의 래스터(raster)가 표적 체적에 위치된다. 바람직하게는 점 간격들은 입자 빔 전파의 종적인(longitudinal) 주 방향 및/또는 그것의 횡적인(transverse) 방향에 대응하는 방향들로 정의된다. 이 맥락에서 입자 빔 전파의 주 방향은 편향되지 않은 입자 빔 진행을 따르는 가상의 축이다. 따라서, 그러므로, 바람직하게는 점 래스터는 평행 좌표계(Cartesian coordinate system)에 대응하며, x와 y 방향은 입자 빔의 전파의 주 방향에 대하여 가로 또는 세로의 수직에 대응하며, 추가로, z 방향은 물질에서 입자 빔의 (종적인) 투과 깊이(penetration depth)에 대응한다.

각 개별적인 조사 프로세스에서, 개별적인 선량은 입자 조사 시스템의 입자 빔에 의해 표적 체적의 표적 점에 투여되며, 표적 체적이 위치 확인된 신체 내에 입자 빔의 전체 진입 경로(entry path)는 예비-선량(pre-dose)으로 지칭되는 선량을 받는다. 자원-집약적 조사 계획 방법에서, 발생하는 모든 예비-선량은 고려되어야 하고 총 선량을 계산하는데 사용되어야 한다. 따라서, 이는 예를 들면, 처음에 표적 체적의 원위 말단부(distal end)에 조사하기에 유리하고, 프로세스에서 표적 체적에 더 인접한 부분은 이미 예비-선량의 대상이다. 예를 들어, 표적 체적은 대향 말단부로부터 먼 표적 체적의 일 부분이 추가적인 서브-선량을 받도록 대향 말단부에서부터 조사될 수 있다. 대안적으로, 표적 체적은 추가적 리스캐닝 패스들에서 동일한 방향으로부터 계속 조사될 수 있고, 표적 체적에 더 인접한 부분은 예를 들면, 더 낮은 입자 카운트인 보다 약한 선량으로 조사될 수 있으며, 따라서 궁극적으로 각 표적 점에 대한 공칭 선량에 도달되고 표적 체적에서 총 선량이 가능한 균일하게 분포된다. 이상적인 경우에, 표적 체적 전체의 선량 분포는 계단 함수에 대응한다. 이는 사실상 자연적으로 달성하기 어려운 것이다.

공칭선량, 즉 적용 가능한 표적 점에서 증착될 조사 선량의 계획된 또는 원하는 값은 표적 점들의 각각과 관련된다. 다시 말해서, 조사 계획은 적용 가능한 표적 점들에 증착될 공칭 선량을 계산하고 조사 계획에 결과를 기록한다.

또한 공칭 선량은 각 패스에서 접근되는 표적 점들의 적어도 일부와 함께 다수의 리스캐닝 패스들로 나누어진다. 바람직하게는, 모든 표적 점들은 입자 빔의 각 리스캐닝 패스에서 접근되며, 만일 적용가능한 경우, 리스캐닝 패스들은 또한, 표적 점들에 접근하는 것과 관련하여 서로 동일하다. 특히 동일한 표적 점들이 각 리스캐닝 패스에서 접근되는 때의 환경 또는 리스캐닝 패스가 동일한 때의 환경에서, 리스캐닝 방법의 통계상 평균적 효과가 장점적으로 발생한다.

그러므로, 다시 말해서, 표적 체적의 표적 점들에 각각 접근되는 다수의 리스캐닝 패스들은 이미 조사 계획에 정의된다. 공칭 선량의 리스캐닝 패스로의 분할의 중요한 이점은 만약 예를 들면, 표적 점들 중 한 곳에 선량 적용 도중에 표적 체적에 예상하지 못한 움직임이 발생한 경우, 그 결과로서 투여될 선량은 표적 점에 증착되지 않고 부정확하게 증착되는데, 이는 적어도 부분적으로 선행하는 또는 후속하는 리스캐닝 패스들에 의해 통계적으로 보상될 수 있다는 것이다.

단순한 경우에, 움직이는 표적 체적의 표적 점들은 신체 내에서 같은 방향으로 움직이며, 따라서 표적 체적이 본질적으로 변형되지 않는 변환(translation essentially undeformed)을 수행하고 표적 점들의 격자 점이 동형(uniform)으로 남는다. 그러나, 또한 표적 체적의 표적 점들의 움직임은 다른 것과 상대적이다. 예를 들면, 표적 체적은 확대(expand)될 수 있고, 조여(squeeze)질 수 있고, 늘어(stretch)날 수 있고 또는 다르게 변형(deform)될 수 있고 및 표적 체적에서 또는 주변 물질에서 밀도 변화가 입자 빔의 투과 깊이에 대해 상당할 수 있으며, 따라서 표적 점이 상응하게 대체된다. 또한 표적 체적의 변형에서 변환(translation)의 중첩도 고려되어야 하며, 이는 표적 체적의 움직임과 유사하게 이해된다.

장점적으로, 표적 체적의 예상되는 움직임 및/또는 표적 체적의 표적 점들의 움직임을 고려한 결론을 낼 수 있는 움직임 모델이 사용 가능하다. 환자 모델, 수학적 (움직임) 함수, 4D CT 스캔 및/또는 호흡 연구는 상기 움직임 모델을 결정하기 위한 기초로 고려된다. 호흡 연구는 예를 들면 환자 검사(survey)의 형태로 단일의 표적 체적에 대해 또는 다수의 표적 체적들에 대해 수행될 수 있으며, 따라서 예를 들면 폐 종양인 표적 체적의 표적 점들의 예상되는 평균 움직임이 예측될 수 있다. 움직임 모델을 결정하기 위한 다른 근거들도 표적 체적의 표적 점들의 예상되는 평균 움직임을 예측하게 한다. 예를 들면, 움직임 모델을 결정하기 위해 예상되는 움직임 조건으로부터 선량 분담(dose contributions)의 가중 평균(weighted average)이 고려된다.

표적 체적의 표적 점들의 움직임을 예측하는 움직임 모델은 움직임을 고려할 때 예상되는 선량 증착으로부터 움직임이 없는(motion-free) 공칭 선량의 편차를 결정하기 위한 조사 계획에 사용될 수 있다. 이는 스캔된 입자 빔으로의 리스캐닝 방법에서, 조사에 앞선 움직임 모델의 분석은 즉, 조사 계획의 일부로서 선량 증착의 균일성 및/또는 정합성(conformity) 이를테면, 선량 증착의 엣지의 예리함을 증가시킬 수 있다는 것을 의미한다. 또한 장점적으로, 움직임 모델은 움직임 상들(motion phases)의 감지에 관하여 사용되고 입자 빔 조사는 일시적으로 적어도 하나의 움직임 상 예를 들면 기준상과 상관된다. 이 방식에서, 리스캐닝 방법의 이점 즉, 대안적인 방법들에 비한 시간 절약은 적어도 다수의 움직임 상을 포함하는 또는 표적 체적의 전체 움직임 프로세스를 포함하는 조사의 시간 주기(time period)에서 유지될 수 있다. 게다가, 선량 분포의 균일함은 리스캐닝에 의해 달성될 수 있고, 표적 체적의 엣지 영역에서 선량 증착의 예리함, 정합성은 상당히 개선될 수 있으며, 따라서 건강한 조직 또는 위험 장기(organs at risk, OAR)가 위치될 수 밖에 없는 표적 체적 주변의 안전역들(safety margins)이 줄어들어나 전체적으로 제거될 수 있다.

표적 체적의 표적 점들의 움직임과 조사의 상관관계에 의하여 표적 체적의 표적 점들의 예상되는 평균 움직임은 고려되며, 이에 의하여 각 표적 점에서 공칭 선량이 발견된 편차에 기초하여 보정된다. 구체적으로, 공칭 선량은 예를 들면, 표적 점에 증착될 입자 카운트 변경에 의해 조절될 수 있으며, 상기 총 입자 카운트는 리스캐닝 패스들로 나누어지고, 상기 각 리스캐닝 패스들에 대한 개별적인 입자 카운트들 또한 서로 달라질 수 있다. 이는 예를 들면, 표적 체적의 알려진 움직임이 있을 때, 특히 표적 체적에 밀도 변화가 있을 때, 움직임의 한 상에서 표적 점에 높은 입자 카운트를 증착하고, 그러나 통계적 평균의 효과를 통하여 표적 체적에서 최적의 선량 분포의 균일성을 얻기 위하여 움직임의 다른 상에서는 낮은 입자 카운트를 증착하는데 유리하다. 다시 말해서, 표적 체적의 선택된 표적 점에의 접근은 표적 체적의 움직임 조건과 상관된다. 조사 계획에서 움직임을 고려하는 결과, 표적 체적에서 선량 증착의 엣지 영역은 전반적으로 더 예리하게 정의되며, 예를 들면 건강한 조직 또는 위험 장기와 같은 표적 체적을 둘러싸는 물질에 대한 조사 부담은 줄어든다.

마지막으로, 조사 설비를 사용하여 원하는 보정된 공칭 선량이 각 표적 점에 대해 증착될 수 있도록 조사 설비에 대한 제어 파라미터들이 표적 점들, 움직임 및 움직임 때문에 생긴 표적 체적의 표적 점들의 편차에 관하여 얻어진 데이터로부터 생성된다. 예를 들면, 제어 파라미터들은 표적 체적에 증착될 표적 점에 대한 입자 카운트와 리스캐닝 패스를 포함한다.

표적 점은 입자 빔의 동일-에너지 층(iso-energy layers)에 할당될 수 있다. 이는 예를 들어, 변경되지 않는 가속기 설정인 일정한 입자 에너지로 동일-에너지 층의 표적 점에 조사하는 것을 가능하게 한다. 다시 말해서, 이는 가속기 설정을 덜 자주 변경하기 위하여, 따라서 전체적 조사 프로세스에 소요되는 시간을 단축하기 위하여, 동일-에너지 층에 연속하여 결합된 표적 점들의 일부분들에 접근하기에 유리하다.

예를 들면 표적 체적의 표적 점들에 대한 예상되는 선량 분포는 입자 빔의 동일-에너지 층에 대해 계산된다. 바람직하게는, 동일-에너지 층은 정의된 움직임 조건 예를 들어 움직임의 기준조건의 발생에 따라 각각 접근된다. 다시 말해서, 동일-에너지 층의 시작(접근)은 특정한 움직임 상으로 동기화될 수 있다. 이는 표적 체적의 움직임에 대한 선량 분포의 강건성(robustness)을 더 개선할 수 있다.

게다가, 리스캐닝에 의하여 입자 조사 설비로 신체 내에 위치 확인된 움직이는 표적 체적에 조사하기 위한 방법을 제시하는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 조사 방법은 예를 들면, 조사 계획은 조사 설비의 제어 유닛에 로딩되는 것에 의해 조사에 앞서 생성된 조사 계획 데이터를 활용한다.

움직임 감지 디바이스는 조사 도중에 표적 체적의 움직임을 감지하기 위해 사용되며, 따라서 또한 미리 계산된 움직임이 확인되고 및/또는 실제 움직임에 기초하여 조사 도중에 보정된다. 따라서, 움직임 감지 디바이스로부터의 데이터에 기초하여 조사 설비에 대한 추가적인 제어 파라미터들이 생성되며, 그에 의하여 조사 계획에 기초하여 미리 계획된 공칭 선량을 보정하는 것이 가능하다.

마지막으로, 조사 파라미터들에 기초하여 생성된 제어 파라미터들 및 움직임 감지 디바이스에 기초하여 생성된 추가적인 제어 파라미터들은 입자 빔을 제어하기 위해 사용되며, 따라서 표적 체적은 표적 체적의 움직임이 고려된 입자 빔으로 조사될 수 있다.

또한 본 발명의 범위 내에서, 상기 언급된 방법의 단계들을 실행하는데 적절한 조사 설비가 제공된다.

본 발명은 전형적인 실시예를 사용하고 도면을 참조하여 이하에서 상세하게 설명하며, 동일하고 유사한 요소는 동일한 참조 번호로 표시되고, 다양하고 전형적인 실시예의 구성은 서로 조합될 수 있다.

도 1은 리스캐닝 방법의 체계 내에서 입자 빔을 제공하는 조사 설비의 구성의 개요도이다.
도 2는 조사 설비를 제어하는데 사용되는 컴포넌트의 개략도이다.
도 3은 편향 및 변조 디바이스와 표적 체적의 조사의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법을 사용하여 얻어진 표적 체적에서 선량 분포 변화이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 단계들의 개요도이다.

도 1은 그 자체로 공지된 입자 치료 설비(10)의 개략적인 구성을 도시한다. 입자 치료 설비(10)는 입자 빔(20)의 형태로 추가 사용하기 위해 제공되고 빔 가이드(17)로 정의된 표적 체적(34)으로 향하게 할 수 있는 하전 입자(charged particles)를 생성하고 가속시킨다(도 3에 도시). 표적 체적(34)은 예를 들면 종양 치료의 체계 내에서 종양을 포함하지만, 또한 무생물 물질 및/또는 세포 배양을 포함하는 표적 체적(34)도 과학적인 목적, 동물 실험, 모델 물질 샘플을 위해 및 일반적으로 입자 빔 및/또는 입자 치료를 조사하기 위해 정의될 수 있다. 또한 입자 치료 설비(10)는 입자 빔(20)을 구비한 팬텀을 조사하는데 사용되며, 그에 의하여 복수의 조사 파라미터들이 완료된 조사 또는 환자의 치료 이전 및/또는 이후에 확인될 수 있다.

도 1에 도시된 예에서, 입자는 두 이온 소스(11) 중 하나의 이온 소스에서 생성되고 예비-가속된다. 예를 들면, 이온 소스(11)는 양자에서 우라늄까지 넓은 다양한 입자들을 제공한다. 양자, 파이온, 헬륨 이온, 또는 - 특히 바람직하게 - 탄소 이온들은 물질과 상호 작용하는 특성(입자-의존성) 및 투과 깊이와 같은 입자 치료를 위한 유리한 특성 때문에 사용된다. 일반적으로, 하드론(hadron)이 입자로서 사용하기에 바람직하다. 저 에너지 빔 전송 라인(12)에 의해, 입자가 UNILAC(Universal Linear Accelerator) 선형 가속기(13)로 도시된 예비-가속기(13)로 이동된다. 선형 가속기(13)는 입자를 제1 에너지 레벨로 가속시키고, 입자를 입자 빔(20)으로 집속시킨다. 제1 에너지 레벨에서, 예를 들면, 여기에서 도시된 바와 같은 싱크로트론(synchrotron) 뿐만 아니라 사이클로트론(cyclotron) 입자는 최종적으로 다른 저 에너지 빔 전송 라인(12)을 구비한 가속기 유닛(15)으로 나선 진입되고, 입자는 문제되는 투여를 위해 설정될 수 있는 추출 에너지까지 추가로 가속된다. 마지막으로, 빔 가이드(17)는 입자 빔(20)을 측정실(19) 또는 치료실(21) 내의 원하는 대상으로 가이드하며, 3 내지 30mm의 전형적인 빔 직경을 갖는 입자 빔(20)이 적용될 수 있거나 이용될 수 있다.

신체(77) 내에서 표적 체적(34)의 표적 점들(30)에 접근하도록 입자 빔(20)의 정확한 위치 설정을 위해, 횡단(transverse)을 위한 편향 및 변조 디바이스(22), 이를테면, 입자 빔(20)의 횡 방향 및 종 방향으로 편향 및 입자 빔(20)의 투과 깊이를 결정하는(종적인 변화) 입자 빔 에너지를 빠르게 변화시키는 에너지 변조를 위한 편향 및 변조 디바이스(22)가 측정실 또는 조사실(19) 또는 치료실(21)에 위치된다. 표적 체적에서 표적 점들의 전체 래스터는 이 수단들에 의해 연속적으로 접근될 수 있기 때문에, 표적 점들의 연속적인 접근은 "스캐닝"이라 하고, 이러한 디바이스는 래스터 스캐닝 디바이스(22)로 지칭된다. 그러나 본 발명은 래스터 스캐닝 디바이스(22)의 사용으로 제한하지 않으며, 대신에 스팟 스캐닝(spot scanning), 연속 조사(continuous irradiation), 및 래스터 스캐닝(raster scanning)의 조사 방법이 사용될 수 있다.

표적 체적(34)의 표적 점들(30)에 접근되는 순서는 조사 계획에서 기술되고, 또한 조사 계획은 특히 표적 체적(34)의 파라미터들 및/또는 표적 체적(34)의 예상되는 움직임의 파라미터들과 같은 추가적인 중요한 파라미터들을 포함할 수 있다. 래스터 스캐닝 디바이스(22)의 중요한 이점 중 하나는 투여 가능한 표적 점들(30)에 접근하기 위한 개별적인 빔의 활성화 없이 입자 빔(20)을 표적 체적(34)에 연속적으로 향하게 하는 기회를 제공하는 것이다.

전체 입자 치료 설비(10)는, 예를 들어, 가속기 유닛(15) 및 빔 가이드(17)를 제어하고, 빔 파라미터들을 모니터링하는 측정 데이터를 수집하는 가속기 제어 시스템에 의해 최종적으로 제어된다. 필요한 경우, 입자 치료 설비(10)를 제어하는 파라미터들은 조사 계획에 기초하여 설정될 수 있고, 따라서 조사 계획은 입자 치료 설비(10)를 제어하는 설정 데이터 또한 포함한다.

도 2는 그 자체로 공지된 디바이스들 및 장비의 개략도를 도시하며, 이는 조사 계획 이를테면, 신체(77) 내 표적 체적(34)에서 표적 점들(30)을 정의하는 데이터 세트를 생성하기 위한 및 예를 들면, 도 1을 참조하여 기술된 바와 같은 입자 치료 설비(10)의 제어를 위한 조사 계획을 생성하는데 사용될 수 있다.

조사될 종양 또는 다른 표적 체적(34)의 위치 및 크기는 CAT 또는 MRI 시(71), 또는 다른 진단 장비에 의해 확인될 수 있다. 단층 촬영 디바이스(71)로부터의 데이터는, 직접적으로 또는 준비 과정을 거쳐서 데이터 세트를 생성하기 위한 디바이스(81)에 의해 처리된다. 디바이스(81)는 예를 들면, 워크 스테이션, 터미널, 또는 다른 컴퓨터이다. 선택적으로 디바이스(81)는 의료진이 사용자 인터페이스, 소프트웨어 또는 다른 구성 요소로 표적 체적(34), 투여될 선량, 여러 부분으로 동일하게 분할, 조사 방향 및 입자 치료의 다른 세부 사항들을 정의하도록 사용하는데 적절할 수 있다.

조사될 신체(77)는, 입자 치료 설비(10)에 의한 조사 전, 중 또는 후에 여러 가지로 구현되는 모니터링 장비를 사용하여 모니터링 될 수 있다. 예로 제공된 것은 PET 카메라(72)(PET= 양전자 방출 단층 촬영술) 및/또는 조사될 신체(77)를 감지하기 위한 지지면(78) 상에서 지지되는 거리 센서(73)이다. PET 카메라(72) 및/또는 거리 센서(73) 및 지지면(78)은 도 1을 참조하여 전술한 조사실(19)들 중 하나의 내부에 위치될 수 있다. 이 경우, 입자 빔(20)을 통해 생성된 선량 및 조사되는 신체(77)의 움직임은 PET 카메라(72) 및/또는 거리 센서(73)로 감지될 수 있다. 대안적으로, PET 카메라(72), 거리 센서(73), 및 지지면(78)은 조사실의 외부에 위치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 신체(77)는 투시 디바이스, X-레이 디바이스, 초음파 센서, 호흡 모니터링 벨트, 및/또는 다른 외부 센서에 의해 모니터링 될 수 있다.

단층 촬영 시스템(71), PET 카메라(72), 및 거리 센서(73)로부터의 데이터는 하나 이상의 움직임 파라미터들을 결정하는 디바이스(82)에 의해 처리될 수 있다. 상기 디바이스(82)에 의해, 신체(77)의 서브-영역들(sub-areas)의 움직임(예컨대, 호흡 또는 심장 박동으로 인해)은 조사 전 또는 조사 중에 정량적으로 감지될 수 있다. 움직임 파라미터 또는 상기 디바이스(82)에 의해 결정된 파라미터들은 데이터 세트를 생성하는 디바이스(81)에 의해 고려될 수 있다.

특히, 데이터 세트가 생성되는 도중에 고려하기 적합한 것은, 전형적인 및/또는 주기적인 움직임의 진폭, 또는 표적 체적의 공간 위치 및/또는 예를 들어, 거리 센서(73)에 의해 외부로부터 감지될 수 있는 양에 대한 데이터이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 디바이스(82) 또는 데이터에 의해 결정된 파라미터들은, 도 1을 참조하여 전술한 조사 설비(10)를 제어하는 제어기(86)에 의해 직접 처리될 수 있다. 조사 중에, PET 카메라(72) 또는 거리 센서(73)에 의해 감지된 데이터는 이러한 목적에 특히 적합하다. 또한, 디바이스(81)에 의해 생성된 데이터도 제어 유닛(86)에 의해 상기 설비(10)의 제어에 통합된다. 제어 유닛(86)은 제어 라인(87) 또는 다른 수단에 의해 조사 설비(10)에 연결된다.

도 1을 참조하여 전술한 것과 같이 조사 설비(10)의 기본 구성은 많은 입자 치료 설비들 및 다른 조사 설비들의 전형이다. 아래에서 설명된 전형적인 실시예는, 도 1을 참조하여 기술된 조사 설비(10), 도 2를 참조하여 기술된 장비, 뿐만 아니라 다른 조사 설비들 및 장비와 관련하여 사용될 수 있다.

도 3은 표적 체적의 조사를 개략적으로 도시한다. 가속기 유닛(15)은 입자 빔(20)을 제공하며, 입자 빔(20)은 표적 체적(34)상에서 두 개의 스캐닝 자석 쌍(40, 42)으로 입자 빔의 빔 방향에 횡단(transverse)하여 즉, 측면으로(laterally) 래스터-스캐닝된다. 표적 체적(34)의 표적 점들(30)은 표적 체적의 점 래스터를 정의하고, 상기 표적 점들은 복수의 동일-에너지 층들에 위치하며, 이 예에서 동일-에너지 층들(341 내지 347)이 도시된다. 동일-에너지 층(341 내지 347)은 입자 빔(20)에 의해 연속적으로 스캔된다. 도 3의 실시예에서, 동일-에너지 층(345)은 측면으로 스캔되는 과정에 있다. 표적 체적(34)의 움직임은 화살표(36)로 표시된다. 이 움직임은 신체(77)의 움직임을 감지하는 움직임 감지 디바이스(46)에 의해 감지된다.

표적 점들(30)로의 접근에서, 입자 빔(20)은 선량 분포를 증착하며, 선량 분포는 일반적으로 프로파일 및 이용된 입자 빔의 직경에 의존한다. 따라서, 선량 분포 또한 빔의 중심점으로부터 동심원 외측으로 감소되도록 입자 빔은 원형 단면(round corss-section)을 가질 수 있다.

통상의 기술자를 위해, 인접한 동일-에너지 층(344, 346)의 표적 점들(30), 삼차원 예비-선량의 계산, 동일-에너지 층의 방사 시퀀스의 선택에 영향을 주는 삼차원 선량 증착은 상세히 설명할 필요가 없다. 통상의 기술자는 본 명세서 및 도면들로부터 완벽한 조사 프로세스를 이미 추론할 수 있고, 예를 들면 모든 동일-에너지 층(341 내지 347)에 대한 조사 계획을 비슷하게 조정할 수 있기 때문이다. 따라서 설명 및 도면들을 통해 이 방법은 표적 체적(34)에서 공간적으로 분포된 표적 점들(30)로 쉽게 해석(translate)될 수 있다.

도 4는 표적 체적의 영역에서 선량 분포에 움직임을 고려하는 효과를 도시한다. 화살표(50)는 움직임을 나타내며, 도시된 케이스에서는 주기적인 호흡 움직임을 나타낸다. 내부 영역은 임상 표적 체적(52)(Clinical Target Volume, CTV)을 도시하며, 이는 안전역(safety margin)(54)(Internal Margins, IM)에 의하여 둘러싸여 있다. 임상 표적 체적(52) 및 안전역(52)은 같이 표적 체적(55)을 구성한다. 도 2 및 도 3에서 실시예들과 함께 기술된 표적 체적(34)은 표적 체적(55)에 대응한다. 특별한 주의로 치료되어야 하는 다시 말해서, 가능한 적은 방사 선량으로 노출되어야 하는 위험 영역(56)(Organs At Risk, OAR)은 표적 체적(55) 옆에 위치된다. 계단 함수(58)는 일반적으로 원하는 표적 체적(55) 내에서의 공칭 선량 분포를 도시한다. 따라서, 가능한 낮지만 여전히 치사적인 균일한 선량이 임상 표적 체적(52)과 안전역(54)을 포함하는 전체 표적 체적(55)에 증착되어야 한다. 분포 커브(60)는 보정되지 않은 공칭 선량 분포에 기초하여 조직에 일반적으로 증착된 선량 분포를 도시한다. 또한 상당한 선량 비율이 위험 영역(56)에 증착된다.

마지막으로, 보정된 분포 커브(62)는 본 발명에서 제시된 바와 같이 표적 체적(34, 55)의 표적 점들(30)의 예상되는 평균 움직임에 의해 보정이 이어지는 보정된 공칭 선량 분포(62)를 도시한다. 따라서 움직임을 고려하는 것은 조직에서 선량 분포를 조사의 목적 즉, 임상 표적 체적(52)에 충분히 높은 선량 증착으로 보다 적절하게 조정할 수 있다. 움직이는 표적 체적에 대한 이전에 도입된 안전역(54)은 본 발명에 따르는 방법이 사용될 때 더 좁아지거나 적절한 곳에서 전체적으로 제거된다. 게다가, 위험 영역(56)의 보다 나은 보호가 이루어진다.

분포 커브(64)는 보정된 공칭 선량 분포(62)에 기초하여 조직에 증착된 선량 비율을 도시한다. 이는 움직이는 표적 체적(55)에 공칭 선량 분포를 조정하고, 그 결과 선량 비율이 가능한 임상 표적 체적(52)에 가깝게 증착되는 영역을 제한하는 최적화의 중요한 목표이다. 이는 도 4에 매우 명백하게 나타난다. 본 발명에 따라 보정된 공칭 선량 분포(62)는 현저하게 가파르고 임상 표적 체적(52)으로부터 멀지 않으며 따라서 건강한 조직 또는 위험 영역들(56)과 같은 주변 물질에 영향을 적게 미치는 엣지들을 가지는 선량 증착의 분포 커브(64)를 생성한다.

도 4의 예에서, 위험 영역(56)에 낮은 선량이 증착되거나 또는 방사 선량이 전혀 증착되지 않는 것이 명백하게 나타난다. 증착된 선량 비율은 이전에 정의된 안전역(54)에서도 낮아지며, 그 결과 안전역이 좁아질 수 있거나 이상적인 경우 생략될 수 있다. 본 발명에 따르는 방법을 사용하여, 더 균일하게 및/또는 더 정합하게(conformal) 보정된 선량 분포(64)가 표적 체적의 움직임(36, 50)의 효과 하에서도 획득될 수 있고, 따라서 적절한 경우, 표적 체적(34, 55)의 조사는 움직임의 기준상 외부에서도 수행될 수 있고, 그에 따라 상당한 시간 단축을 달성한다.

움직임 모델을 결정하기 위한 기초가 되는 수학적 함수의 예가 아래에서 논의된다. 움직임 모델에 의하여 최적화의 목표인, 전체 선량을 “처방된(prescribed)” 공칭 선량에 가능한 가깝게 얻기 위하여, 다음에서 우리는 각 래스터 점에 대한 입자 카운트의 결정을 고려한다(보호될 위험 영역(56)을 고려함 없이). 예를 들면, 3차원 최적화를 위해 다음 함수 F(I,N_j)의 최소값이 구해져야 한다:

은 공칭 선량을 나타내며,

는 모든 표적 점들 j(30)에 증착된 입자 카운트들 N_j의 함수로 움직임의 기준상에서 표적 점 i(30)에 증착된 선량을 나타낸다. 그러나, 단지 분포 커브(60)에 대응하는 선량 분포만 이 함수에 기초하여 얻어질 수 있다. 다시 말해서, 이 함수는 종래의 리스캐닝이 사용되고 종양 주변에 안전역을 고려할 것을 요하는 정적인 종양에 대한 최적화에 대응한다. 이는 건강한 조직에의 조사를 증가시키게 된다.

움직임을 결정하기 위한 제시된 신규한 방법에서, 표적 점 i(30)에 증착되는 선량은 모든 예상되는 운동 조건 m으로부터의 선량 분포들의 가중 평균으로부터 계산된다. 최소화한 함수는 다음과 같다. 예를 들면:

은 움직임 조건 m에서 표적 점 i(30)에 증착되는 선량을 나타내며, P_m은 움직임 조건 m에서 표적 체적(34, 55)을 타격할 확률을 나타낸다. 다시 말해서, 표적 체적의 움직임은 명시적으로 움직임 모델의 평균으로 고려된다. 이 함수에 기초하여, 증착은 움직임의 각 상에 대해 계산될 수 있고 확률 함수를 통하여 가중될 수 있는 각 래스터 점의 예상되는 선량 증착을 예측하는 것이 가능하다. 따라서 이는 이전의 정적인 3D 선량 증착 대신에 예상되는 실제 4D 선량 증착에 기초하여 최적화한다. 따라서, 이는 특히 선량의 정합성(conformity)을 증가시킬 수 있는 진정한 4D 최적화이다.

일반적으로, 이 확률 함수는 움직임 조건 m 뿐만 아니라 표적 점 j(30)의 위치에 종속(depend)할 수 있다. 이는 예를 들면, 만약 움직임 궤적의 변화들이 조사 전에도 알려지거나 또는 인공적으로 유도된 경우이다. 예를 들면, 움직임 상태는 각 동일-에너지 층의 접근의 시작으로 정의될 수 있고, 또는 입자 강도(intensity)는 조사 도중에 변화될 수 있다. 이 경우, 함수는 다음과 같다:

따라서 계획된 공칭 선량의 투여는 최척화를 통하여 보장되며, 종래의 리스캐닝과 달리, 단지 안전역(54)을 정의하는 것을 통해 보장하는 것 대신에 명시적으로 모든 움직임 조건으로부터의 정보를 고려한다. 따라서 선량이 증착되는 영역이 줄어들 수 있다. 이는 예를 들면, 임상 표적 체적(52) 부근에 위치된 보호되어야 할 위험 장기(56)가 더 보호되는 효과를 가진다. 안전역(54)이 줄어야 되는지 또는 심지어 안전역(54)이 적절한 경우 제거될 수 있는지에 대한 판단은 수동적으로 내려질 수 있거나 또는 자동 최적화로 적절하게 조정될 수 있다. 또한 본 발명에 따르는 방법에서 예를 들면, 움직임 조건의 일정한 분포를 많이 벗어나거나, 위험 장기(56)에 증착되는 선량을 움직임 효과를 포함하여 더 잘 산정할 수 있는 호흡 패턴의 경우에 개선된 선량 증착을 달성하기 위하여 종래의 안전역(54)의 사용도 가능하다.

표적 체적의 표적 점들의 평균 움직임은 움직임 상태의 시간상 가능한 전개(development)의 확률 함수로부터 계산된다. 마지막으로, 표적 체적의 표적 점들의 움직임의 계산된 평균은 선량 증착의 정합성(conformity)을 증가시키기 위하여 조사 계획에 고려될 수 있다.

게다가, 상기 방법은 조사가 모든 움직임 상태들의 선택된 서브셋(subset)에서 일어나도록 적절한 곳에서 게이팅 방법과 조합될 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 표적 체적(55)에 스트레이트 게이팅(straight gating)과 비교하여 보다 큰 게이팅 창(gating window)이 용인될 수 있고, 따라서 전체 조사 주기(period)가 줄어들 수 있다. 게이팅 창의 선택은 수동적으로 이루어지거나 또는 최적화의 부분일 수 있다.

이 방법은 움직임의 경로가 조사 도중에 추가적으로 측정된다는 점에서 좋은 이점으로 사용될 수 있다. 만약 추정된 분포로부터 움직임 상의 분포의 과도한 편차가 확인되면, 다양한 대응책들이 이루어진다 - 예를 들면, 지배적인 움직임 조건 중에 조사를 멈추기(게이팅), 현재 또는 장래의 프랙션(fraction) 또는 필드들(fields)에 대한 재계획하기, 해당 입자 강도(intensity)의 변경(하위-지배적(subdominant) 움직임 조건들 중 증가 또는 지배적 움직임 조건들 중 감소) 및 예를 들면 호흡 지시 또는 인공 호흡에 의한 환자 호흡의 제어.

도 5는 왼편에서, 조사에 선행하는 조사 계획 방법의 8단계를 도시한다. 우선, 단계(101)에서, 이용될 환자 데이터 및 움직임 모델이 로딩된다. 예를 들면, 환자 데이터는 투여될 선량 비율, 표적 체적(34, 55)의 범위에 관한 정보, 위험 영역(56)에 관한 정보, 신체(77)에서 밀도 곡선에 관한 정보를 포함하며, 따라서 입자 에너지 및 개별적 선량 분포가 계산된다. 환자 데이터에 기초하여, 표적 체적(34, 55)이 단계(102)에서 정의되며, 표적 체적의 표적 점들(30)인 점들의 래스터는 단계(103)에서 정의된다.

단계(104)에서, 도 5의 예에 따르는 다수의 리스캐닝 패스들이 정의된다. 공칭 선량(58)은 각 표적 점들(30)에 대한 리스캐닝 패스들로 나누어진다.

단계(105)에서, 가속기 시스템의 입자 빔(20)으로 증착될 표적 점들(30)당 입자 카운트가 계산된다. 표적 점들(30)당 입자 카운트는 증착될 공칭 선량(58)에 기초하여 계산된다.

단계(106)에서, 선택된 움직임 모델은 표적 체적(34, 55)에서 공칭 선량 분포(58)에 적용되며, 표적 점들(30)의 평균 움직임은 움직임 모델에 기초하여 계산된다. 단계(107)에서 움직임 모델에 기초하여 계산되는 보정된 공칭 선량(62)으로 입자 카운트의 보정이 이루어진다.

마지막으로, 단계(108)에서, 보정된 제어 파라미터들 - 움직임 모델에 기초하여 보정된 - 이 조사 설비에 대해 생성되며, 따라서 추후 조사 세션을 위해 조사 계획에 반영될 수 있다.

표적 체적(34, 55)에 조사하기 위한 방법은 도 5에 개설된 것처럼 다음 단계들을 포함한다. 우선, 단계(111)에서, 조사 설비(10)를 제어하기 위한 조사 계획이 제어 유닛(86)에 로딩된다; 이 계획은 준비된 형태로 환자 데이터, 표적 체적 및 점 래스터 뿐만 아니라 보정된 공칭 선량 분포(62)에 관한 데이터를 이미 포함한다.

표적 체적(34, 55)의 움직임을 양적으로 측정할 수 있는 움직임 감지 디바이스(82)에 의하여, 단계(112)에서 바람직하게는 전체 조사 프로세스 동안에 표적 체적의 움직임이 감지된다. 또한 부수적으로, 적절한 곳에서 움직임 감지 디바이스(82)를 사용하여 보정 조사 프로세스의 모니터링이 수행될 수 있다.

움직임 감지 디바이스(82)로 생성된 표적 체적(34, 55)의 실제 움직임 데이터에 기초하여, 단계(113)에서 추가적인 제어 파라미터들이 생성된다; 조사 설비(10)를 제어하는 것은 만약 실제 움직임 데이터가 미리 계산된 움직임 데이터로부터 벗어난 경우, 이들 제어 파라미터들에 의하여 연속적으로 보정될 수 있다. 조사 설비를 제어하기 위해 이행되어야 할 임의의 보정은 단계(114)에서 수행되며, 그에 의하여 조사 설비는 고려되는 제어 파라미터들과 추가적 제어 파라미터들와 함께 최종적으로 제어된다.

전술한 실시예들은 예시적인 것으로 고려되어야 한다는 것은 통상의 기술자에게 자명하며, 본 발명은 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명에서 벗어나지 않고 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 게다가, 구성들이 설명, 청구 범위, 도면 또는 다른 곳에 개시되었는지 여부에 관계없이, 다른 구성들과 조합하여 설명되었더라도 본 발명의 중요한 부분들을 개별적으로 정의한다는 것은 명백하다.

10 조사 설비(irradiation facility)
11 이온 소스
12 저 에너지 빔 전송 라인
13 예비-가속기
15 가속기 유닛
17 빔 가이드
19 측정실
20 입자 빔
21 치료실
22 편향 및 변조 디바이스
30 표적 점
34 표적 체적
36 화살표
40, 42 입자 빔의 측면 편향을 위한 스캐너 자석
44 입자 빔의 종방향 편향(=감속)을 위한 더블-웨지 시스템
46 움직임 감지 디바이스
50 움직임 도시를 위한 화살표
54 안전역(safety margin)(IM)
56 위험 영역(area at risk) 또는 위험 장기(organ at risk, OAR)
58 단순 계획 공칭 선량 분포의 분포 커브
60 통상적인 선량 분포의 분포 커브
62 움직임-보정된 공칭 선량 분포의 분포 커브
64 움직임-보정된 선량 분포의 분포 커브
71 CAT 또는 MRI 시스템
72 PET 카메라
73 거리 센서
77 신체
78 지지면
81 데이터 세트를 생성하는 디바이스
82 움직임의 양적 감지 디바이스
86 제어기
87 제어 라인
101 내지 108 계획 방법의 단계들
111 내지 114 조사 방법의 단계들

Claims

리스캐닝(rescanning)에 의하여 입자 빔(particle beam) 조사 설비(irradiation facility)(10)로 신체(77)에 위치된 움직이는 표적 체적(target volume)(34, 55)에의 조사를 위한 조사 계획 방법으로서,
움직임의 기준조건(reference condition)에서 표적 체적을 정의하는 단계(102);
상기 표적 체적을 입자 빔이 개별적으로 접근할 수 있는 복수의 표적 점들(30)로 나누는 단계(103);
상기 표적 체적의 상기 표적 점들에 접근되는 다수의 리스캐닝 패스들(rescanning passes)을 정의하는 단계(104);
상기 표적 체적의 상기 표적 점들에 증착될 상기 표적 점들 각각에 대한 공칭 선량(nominal dose)(58)을 계산하는 단계(105);
움직임 모델에 기초하여 상기 표적 체적의 상기 표적 점들의 예상되는 평균 움직임(mean motion)(36, 50)을 계산하는 단계(106);
각 표적 점에 대한 상기 공칭 선량으로부터 상기 예상되는 선량 증착(60)의 편차가 결정되고, 각 표적 점에 대한 상기 공칭 선량이 상기 편차에 기초하여 보정되고, 보정된 공칭 선량(62)이 생성되는(107) 방식으로 조사 계획에서 상기 표적 체적의 상기 표적 점들의 예상되는 상기 평균 움직임을 고려하는 단계;
상기 조사 설비에 대한 제어 파라미터들을 생성하는 단계(108)를 포함하며, 상기 제어 파라미터들은 표적 점당 입자 카운트(particle count per target point) 및 적용될 리스캐닝 패스를 포함하며;
환자 모델, 수학 함수 및 호흡 연구 중 적어도 하나는 상기 움직임 모델을 결정하기 위해 고려되며; 및
서로 다른 움직임 조건들에서 상기 보정된 공칭 선량(62)은 리스캐닝 패스들로 나누어지는 것을 특징으로 하는 조사 계획 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 표적 체적(34, 55)의 상기 움직임 모델은 서로 다른 움직임 조건들을 가지며, 표적 점당 상기 공칭 선량은 상기 리스캐닝 패스들로 나누어지고, 상기 움직임 조건에 따라 가중(weighted)되는 것을 특징으로 하는 조사 계획 방법.
제1항에 있어서,
상기 표적 체적(34, 55)의 상기 움직임 모델은 주기적이며, 상기 기준조건(reference condition)은 반복적으로 발생하며, 따라서 표적 점당 상기 공칭 선량이 상기 움직임 모델과 상기 리스캐닝 패스들의 시간-기반 결합을 통하여 상기 리스캐닝 패스들로 균등하게 나누어지는 것을 특징으로 하는 조사 계획 방법.
제1항에 있어서,
상기 입자 빔(20)의 동일-에너지 층들(iso-energy layers)(341, 342, 343, 344, 345, 346, 347)에 대하여 상기 표적 체적(34, 55)의 상기 표적 점들(30)에 대한 상기 예상되는 선량 분포들이 계산되는 것을 특징으로 하는 조사 계획 방법.
제6항에 있어서,
상기 동일-에너지 층들(iso-energy layers)(341, 342, 343, 344, 345, 346, 347)은 정의된 움직임 조건의 발생에 따라 상기 입자 빔(20)에 의하여 각각 접근되는 것을 특징으로 하는 조사 계획 방법.
리스캐닝에 의하여 입자 빔 조사 설비(10)로 신체 내에 위치된 움직이는 표적 체적(34, 55)에의 조사를 위한 방법으로서,
제어 파라미터들을 생성하는 단계, 각 표적 점에 대한 공칭 선량으로부터 예상되는 선량 증착(60)의 편차가 결정되고, 각 표적 점에 대한 상기 공칭 선량이 상기 편차에 기초하여 보정되고, 보정된 공칭 선량(62)이 생성되는 방식으로 움직임 모델에 의하여 조사 계획에 상기 표적 체적(34, 55)의 표적 점들(30)의 평균 움직임이 고려되며;
조사 이전에 제어 유닛(86)에 생성된 제어 파라미터들을 가지는 상기 조사 계획을 로딩하는 단계(111);
조사하는 동안에 움직임 감지 디바이스(82)를 사용하여 상기 표적 체적의 상기 움직임을 감지하는 단계(112);
상기 움직임 감지 디바이스에 의하여 추가적인 제어 파라미터들을 생성하는 단계(113);
상기 입자 빔으로 상기 표적 체적의 상기 움직임이 고려된 상기 표적 체적에 조사하기 위하여 조사 계획에 저장된 상기 제어 파라미터들에 의하여 및 상기 추가적인 제어 파라미터들에 의하여 상기 입자 빔(20)을 제어하는 단계(114)를 포함하며;
환자 모델, 수학 함수 및 호흡 연구 중 적어도 하나는 상기 움직임 모델을 결정하기 위해 고려되며; 및
서로 다른 움직임 조건들에서 상기 보정된 공칭 선량(62)은 리스캐닝 패스들로 나누어지는 것을 특징으로 하는 조사 방법.
제8항에 있어서,
상기 입자 빔(20)의 입자 카운트는 상기 조사 계획에 저장된 상기 제어 파라미터들에 의하여 및 상기 움직임 감지 디바이스(82)로 생성된 상기 추가적인 제어 파라미터들에 의하여 변화하는 것을 특징으로 하는 조사 방법.
삭제
제8항에 있어서,
상기 표적 체적(34, 55)의 상기 움직임은 서로 다른 움직임 조건들을 가지며, 표적 점당 상기 공칭 선량은 상기 리스캐닝 패스들로 나누어지고, 상기 움직임 조건에 따라 가중(weighted)되는 것을 특징으로 하는 조사 방법.
제8항에 있어서,
상기 움직임과 상기 리스캐닝 패스들의 시간-기반 결합을 통하여 표적 점에 대한 상기 공칭 선량이 상기 리스캐닝 패스들로 균등하게 분할되도록, 상기 표적 체적(34, 55)의 상기 움직임은 주기적이며, 기준조건(reference condition)은 반복적으로 발생하는 것을 특징으로 하는 조사 방법.
제8항에 있어서,
상기 입자 빔(20)의 동일-에너지 층들(iso-energy layers)(341, 342, 343, 344, 345, 346, 347)에 대하여 상기 표적 체적(34, 55)의 상기 표적 점들(30)에 대한 예상되는 선량 분포들이 계산되는 것을 특징으로 하는 조사 방법.
제13항에 있어서,
상기 동일-에너지 층들(iso-energy layers)(341, 342, 343, 344, 345, 346, 347)은 정의된 움직임 조건의 발생에 따라 상기 입자 빔(20)에 의하여 각각 접근되는 것을 특징으로 하는 조사 방법.
조사 설비(Irradiation facility)에 있어서,
가속기 유닛(15);
제어 유닛(86)을 위한 제어 파라미터들을 제공하는 데이터 세트를 생성하는 디바이스(81), 그에 의하여 움직임 모델을 고려하여 다수의 리스캐닝 패스들로 나누어지는 보정된 선량 분포가 표적 체적(34, 55)에 증착될 수 있으며;
입자 빔의 조사 전 또는 조사 도중에 상기 표적 체적(34, 55)의 상기 움직임을 감지하기 위한 움직임 감지 디바이스(82), 그에 따라서 움직임 감지 디바이스에 의하여 보정된 추가적인 제어 파라미터들이 생성되고 상기 조사 설비를 제어하기 위해 제공되며;
상기 표적 체적의 상기 움직임이 고려된 상기 입자 빔으로 상기 표적 체적에 보정된 선량 분포(64)를 투여하기 위하여 상기 제어 파라미터들 및 상기 추가적인 제어 파라미터들을 사용하는 상기 가속기 유닛을 제어하기 위한 제어 유닛(86)을 포함하며;
환자 모델, 수학 함수 및 호흡 연구 중 적어도 하나는 상기 움직임 모델을 결정하기 위해 고려되며; 및
상기 조사 설비(10)의 상기 제어 유닛(86)은 서로 다른 움직임 조건들에서 상기 보정된 공칭 선량(62)이 상기 리스캐닝 패스들로 나누어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조사 설비.
제15항에 있어서,
상기 입자 빔(20)의 입자 카운트는 상기 조사 계획에 저장된 상기 제어 파라미터들에 의하여 및 상기 움직임 감지 디바이스(82)에 의해 생성된 상기 추가적인 제어 파라미터들에 의하여 변화하는 것을 특징으로 하는 조사 설비.
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제15항에 있어서,
상기 조사 설비(10)의 상기 제어 유닛(86)은 표적 점들(30)당 상기 공칭 선량이 상기 리스캐닝 패스들로 나누어지도록 구성되고, 상기 움직임 조건에 따라 가중되는 것을 특징으로 하는 조사 설비.
제15항에 있어서,
상기 움직임 감지 디바이스(82)는 기준조건(reference condition)에 기초하여 상기 표적 체적(34, 55)의 주기적 움직임을 감지하며,
상기 조사 설비(10)의 상기 제어 유닛(86)은 표적 점들(30)당 상기 보정된 공칭 선량(62)이 상기 움직임과 상기 리스캐닝 패스들의 시간-기반 결합을 통하여 상기 리스캐닝 패스들로 균등하게 분포되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조사 설비.
제15항에 있어서,
상기 조사 설비(10)의 상기 제어 유닛(86)은 상기 보정된 선량 분포(62)에 대응하는 입자 카운트로 상기 입자 빔(20)의 동일-에너지 층들(iso-energy layers)(341, 342, 343, 344, 345, 346, 347)에서 상기 표적 체적(34, 55)의 상기 표적 점들(30)에 접근하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조사 설비.
제15항에 있어서,
상기 조사 설비(10)의 상기 제어 유닛(86)은 상기 움직임 감지 디바이스(82)의 상기 추가적인 제어 파라미터들에 기초하여 정의된 움직임 조건의 발생에 따라 상기 입자 빔(20)으로 각각의 동일-에너지 층들(iso-energy layers)(341, 342, 343, 344, 345, 346, 347)에 접근하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조사 설비.